図1は本実施形態の磁気エンコーダ(磁気� �出装置)の部分斜視図、図2,図3は、前記磁気� ��ンコーダの部分拡大側面図、図4は図2に示� �A-A線から膜厚方向に切断し矢印方向から見� �センサ部の拡大断面図、図5はセンサ部の回� ��図、図6(a)~(c)は、本実施形態の直列接続さ� �た磁気抵抗効果素子に対して外乱磁界が作� �したときに各磁気抵抗効果素子の電気抵抗� �の増減傾向が同じ傾向を示すことを説明す� �ための説明図、図7(a)~(c)は、本実施形態の直 列接続された磁気抵抗効果素子に対して外乱 磁界が作用したときに各磁気抵抗効果素子の 電気抵抗値の増減傾向が同傾向とならない特 異な位置関係を説明するための説明図、図8� �、本実施形態の直列接続された磁気抵抗効� �素子に対して外乱磁界が作用していないと� �の基準の電気抵抗値と、前記外乱磁界が作� �したときに変化した前記磁気抵抗効果素子� �電気抵抗値を示すグラフ、である。

 各図におけるX1-X2方向、Y1-Y2方向、及びZ1- Z2方向の各方向は残り2つの方向に対して直交 した関係となっている。X1方向は、磁石ある� ��はセンサ部の移動方向である。Z1-Z2方向は� �記磁石とセンサ部とが所定の間隔を空けて� �向する方向である。

 図1に示すように磁気エンコーダ20は、永� ��磁石(磁界発生部材)21とセンサ部22を有して� ��成される。

 前記永久磁石21は図示X1-X2方向に延びる棒 形状であり、図示X1-X2方向に所定幅にてN極と S極とが交互に着磁されている。N極の着磁面� ��、隣接するS極の着磁面との間の中心幅(ピ� �チ)はλである。

 図1に示すように前記永久磁石21と前記セ� ��サ部22との間には一定の間隔(最短距離)T1が� ��けられている。

 図1に示すように前記センサ部22は、基板2 3と、前記基板23の表面23aに設けられた複数の 磁気抵抗効果素子24a~24hとを有して構成され� �。

 図1及び図2に示すように、8個の磁気抵抗� ��果素子24a~24hは、X1-X2方向に4個ずつ、Y1-Y2方� ��に2個ずつマトリクス状に配列されている。 図2に示すようにX1-X2方向にて隣り合う各磁気 抵抗効果素子の幅方向(図示X1-X2方向)の中心� �の間隔はλ/2となっている。

 図4に示すように各磁気抵抗効果素子24a~24 hは全て同じ積層体35で構成される。図4には� �磁気抵抗効果素子24a~24dのみが図示されてい� ��が、磁気抵抗効果素子24e~24hも同じ積層体で 形成される。このように全ての磁気抵抗効果 素子24a~24hが同じ積層体35で形成されるので、 これら磁気抵抗効果素子24a~24hを全て同じ製� �工程で形成できる。また後述するように各� �気抵抗効果素子24a~24hの固定磁性層31の磁化� �向31aも全て同じ方向に磁化固定されるので� �一度の磁場中熱処理を施すことで、全ての� �定磁性層31の磁化方向31aを同じ方向に磁化固 定できる。

 図4に示すように磁気抵抗効果素子は、下 から反強磁性層30、固定磁性層31、非磁性材� �層32、フリー磁性層33及び保護層34の順で積� �された積層体35で形成される。前記積層体35� ��前記反強磁性層30と前記基板23との間に下地 層が形成されたり、積層体35の膜構成は図4に 限定されない。また、前記積層体35は下から� ��リー磁性層33、非磁性材料層32、固定磁性層 31、反強磁性層30及び保護層34の順に積層され てもよい。

 前記反強磁性層30は例えばPtMnやIrMnで形成 される。前記固定磁性層31及びフリー磁性層3 3は例えば、NiFeやCoFeで形成される。前記非磁 性材料層32は例えばCuで形成される。また前� �保護層34は例えばTaで形成される。

 前記反強磁性層30と前記固定磁性層31との 間には磁場中熱処理により交換結合磁界(Hex)� ��生じて前記固定磁性層31の磁化は一方向に� �定されている。図2,図3に示すように全ての� �気抵抗効果素子24a~24hの固定磁性層31の磁化� �向31aは図示Z1方向に固定されている。一方、 前記フリー磁性層33の磁化方向は固定されて� ��らず外部磁界(センシング磁界)によって磁� �変動する。

 なお本実施形態では、前記非磁性材料層32� �非磁性導電材料で形成された巨大磁気抵抗� �果(GMR効果)を利用したGMR素子に代えて、前記 非磁性材料層32がAl ₂ O ₃ 等の絶縁材料で形成されたトンネル型磁気抵 抗効果素子(TMR素子)を用いてもよい。

 次に以下では、磁気抵抗効果素子24aを第1 の磁気抵抗効果素子24a、磁気抵抗効果素子24b を第5の磁気抵抗効果素子24b、磁気抵抗効果� �子24cを第2の磁気抵抗効果素子24c、磁気抵抗� ��果素子24dを第6の磁気抵抗効果素子24d、磁気 抵抗効果素子24eを第4の磁気抵抗効果素子24e� �磁気抵抗効果素子24fを第8の磁気抵抗効果素� ��24f、磁気抵抗効果素子24gを第3の磁気抵抗効 果素子24g、磁気抵抗効果素子24hを第7の磁気� �抗効果素子24hと称することとする。

 図5に示すように、第1の磁気抵抗効果素� �24a、第2の磁気抵抗効果素子24c、第3の磁気抵 抗効果素子24g及び第4の磁気抵抗効果素子24e� �よりA相のブリッジ回路が構成されている。� ��1の磁気抵抗効果素子24aと第2の磁気抵抗効� �素子24cとが第1の出力取り出し部50を介して� �列接続され、第4の磁気抵抗効果素子24eと第3 の磁気抵抗効果素子24gとが第2の出力取り出� �部51を介して直列接続されている。また、図 5に示すように第1の磁気抵抗効果素子24aと第3 の磁気抵抗効果素子24gとが入力端子52を介し� ��並列接続され、前記第2の磁気抵抗効果素子 24cと前記第4の磁気抵抗効果素子24eとがアー� �端子53を介して並列接続されている。

 図5に示すように第1の出力取り出し部50と 第2の出力取り出し部51は、第1の差動増幅器58 の入力部側に接続され、前記第1の差動増幅� �58の出力側が第1の出力端子59に接続されてい る。

 また本実施形態ではもう一つB相のブリッ ジ回路が、第5の磁気抵抗効果素子24b、第6の� ��気抵抗効果素子24d、第7の磁気抵抗効果素子 24h及び第8の磁気抵抗効果素子24fにより構成� �れている。第5の磁気抵抗効果素子24bと第6の 磁気抵抗効果素子24dとが第3の出力取り出し� �54を介して直列接続され、第8の磁気抵抗効� �素子24fと第7の磁気抵抗効果素子24hとが第4の 出力取り出し部55を介して直列接続されてい� ��。また、図5に示すように第5の磁気抵抗効� �素子24bと第7の磁気抵抗効果素子24hとが入力� ��子56を介して並列接続され、前記第6の磁気� ��抗効果素子24dと前記第8の磁気抵抗効果素子 24fとがアース端子57を介して並列接続されて� ��る。

 図5に示すように第3の出力取り出し部54と 第4の出力取り出し部55は、第2の差動増幅器60 の入力部側に接続され、前記第2の差動増幅� �60の出力側が第2の出力端子61に接続されてい る。

 図2に示すように、図5に示すブリッジ回� �にて直列接続される磁気抵抗効果素子どう� �の中心間の間隔はλとなっている。

 本実施形態では、センサ部22あるいは永� �磁石21のどちらか一方が図示X1―図示X2方向� �平行な方向に直線移動可能に支持されてい� �。本実施形態では前記センサ部22の相対移動 空間内に、前記永久磁石21から生じる外部磁� ��領域が形成されている。ここで相対移動方� ��(図1では図示X1方向)を(+)方向と、相対移動� �向と逆方向(図1では図示X2方向)を(-)方向と定 めると、図1,図2に示すように、前記外部磁界 領域では、前記相対移動方向に向う(+)方向へ の外部磁界H8と、前記相対移動方向とは逆方� ��に向う(-)方向への外部磁界H9とが交互に発� �している。

 本実施形態では、図1ないし図4に示すよ� �に、前記基板23の表面(磁気抵抗効果素子の� �成面)23aは、前記センサ部22と前記永久磁石21 との間の最短距離方向(間隔T1の方向;図示Z1-Z2 方向)及び前記相対移動方向(図示X1方向)から� ��る面と平行に向いている。すなわち前記基� ��23の表面23aは、図示X-Z平面と平行な面方向� �向いている。

 よって前記基板23の表面23aに形成された� �磁気抵抗効果素子24a~24hを構成する各層間の� ��面もまた、図示X-Z平面と平行な面方向に向� ��ている。図2に示す各磁気抵抗効果素子24a~24 hの表面Sは、前記界面と平行な面(以下、界面 Sと表記)である。

 図2に示すように前記第1の磁気抵抗効果� �子24a及び第4の磁気抵抗効果素子24eには、前� ��永久磁石21からの外部磁界H8のうち矢印X1方� ��への外部磁界Hが支配的に流入することで前 記第1の磁気抵抗効果素子24a及び第4の磁気抵� ��効果素子24eのフリー磁性層33の磁化方向33a� �図示X1方向に向いている。

 また、図2に示すように前記第5の磁気抵� �効果素子24b及び第8の磁気抵抗効果素子24fに� ��、前記永久磁石21からの外部磁界Hのうち矢� ��Z1方向への外部磁界Hが支配的に流入するこ� ��で前記第5の磁気抵抗効果素子24b及び第8の� �気抵抗効果素子24fのフリー磁性層33の磁化方 向33aは図示Z1方向に向いている。

 また図2に示すように前記第2の磁気抵抗� �果素子24c及び第3の磁気抵抗効果素子24gには� ��前記永久磁石21からの外部磁界H9のうち矢印 X2方向への外部磁界Hが支配的に流入すること で前記第2の磁気抵抗効果素子24c及び第3の磁� ��抵抗効果素子24gのフリー磁性層33の磁化方� �33aは図示X2方向に向いている。

 また、図2に示すように前記第6の磁気抵� �効果素子24d及び第7の磁気抵抗効果素子24hに� ��、前記永久磁石21からの外部磁界Hのうち矢� ��Z2方向への外部磁界Hが支配的に流入するこ� ��で前記第6の磁気抵抗効果素子24d及び第7の� �気抵抗効果素子24hのフリー磁性層33の磁化方 向33aは図示Z1Z2方向に向いている。

 本実施形態では、図2に示すように、各磁 気抵抗効果素子24a~24hのフリー磁性層33には、 永久磁石21からの外部磁界Hが、前記界面Sと� �行な面内に作用する。そして前記センサ部22 が図示X1方向に相対移動すると、それに伴い� ��前記外部磁界Hは回転磁場として各磁気抵抗 効果素子24a~24hの前記フリー磁性層33の前記界 面Sと平行な面内に作用する。

 よって本実施形態では、従来のように前� ��フリー磁性層33に対して外部磁界Hが作用し� ��い無磁場状態(外部磁界Hがゼロの状態)は形� ��されない。本実施形態では、各フリー磁性� ��33には常に外部磁界Hが作用し、各フリー磁� ��層33の磁化方向33aは、各磁気抵抗効果素子24 a~24hに作用する外部磁界Hの方向を向いている 。このように本実施形態では、無磁場状態が 形成されず、再生波形の乱れを従来に比べて 抑制することができる。

 次に本実施形態では、図2に示すように直 列接続される磁気抵抗効果素子どうしはλの� ��心間距離を空けて配置され、また各固定磁� ��層31の磁化方向31aは、界面Sと平行な面内に� ��前記相対移動方向に対して直交する方向に� ��定されている。

 上記した関係にある場合、前記永久磁石2 1からの外部磁界(センシング磁界)H以外の外� �磁界Hが前記磁気抵抗効果素子24a~24hに作用し たときでも、直列接続される磁気抵抗効果素 子どうしの抵抗変化の増減傾向を同じ傾向に することが出来る。

 このように同傾向になることを、直列接� ��される第1の磁気抵抗効果素子24a及び第2の� �気抵抗効果素子24cを用いて以下に説明する� �

 図2の状態から前記センサ部22が相対移動� ��向(図示X1方向)にλ/4だけ直線移動したとす� �。その状態が図3である。

 各磁気抵抗効果素子24a~24hに作用する外部 磁界Hの方向が変化するので、それに伴い各� �気抵抗効果素子24a~24hのフリー磁性層33の磁� �方向33aも変動する。

 図6(a)は、図3の状態での第1の磁気抵抗効� ��素子24a及び第2の磁気抵抗効果素子24cの固定 磁性層31の磁化方向31a及びフリー磁性層33の� �化方向33aを模式図的に示す説明図である。

 図6(a)に示すように、第1の磁気抵抗効果� �子24a及び第2の磁気抵抗効果素子24cのフリー� ��性層33の磁化方向33aは反平行(180度)を向いて いる。

 今、図3に示すように前記固定磁性層31の� ��化方向31aとは直交する方向である図示X2方� �に向けて外乱磁界H10が作用したとする。そ� �すると図6(b)に示すように、前記第1の磁気抵 抗効果素子24a及び第2の磁気抵抗効果素子24c� �フリー磁性層33の磁化方向33aは共に、その外 乱磁界H10方向に傾く。よって、図6(a)の状態� �ら図6(b)の状態にかけて、前記第1の磁気抵抗 効果素子24a及び第2の磁気抵抗効果素子24cで� �、共に、フリー磁性層33の磁化方向33aが、固 定磁性層31の磁化方向31aに近づく。したがっ� ��、前記第1の磁気抵抗効果素子24a及び第2の� �気抵抗効果素子24cはともに電気抵抗値が小� �くなる。

 また図3に示すように、前記固定磁性層31� ��磁化方向31aと同方向である図示Z1方向に向� �て外乱磁界H11が作用したとする。そうする� �図6(c)に示すように、前記第1の磁気抵抗効果 素子24a及び第2の磁気抵抗効果素子24cのフリ� �磁性層33の磁化方向33aは共に、その外乱磁界 H11方向に傾く。よって、図6(a)の状態から図6( c)の状態にかけて、前記第1の磁気抵抗効果素 子24a及び第2の磁気抵抗効果素子24cでは、共� �、フリー磁性層33の磁化方向33aが、固定磁性 層31の磁化方向31aに近づく。したがって、前� ��第1の磁気抵抗効果素子24a及び第1導電層2の� ��気抵抗効果素子24cはともに電気抵抗値が小� ��くなる。

 このように直列接続された第1の磁気抵抗 効果素子24aと第2の磁気抵抗効果素子24cは前� �外乱磁界H10,H11を受けると、図8にも示すよう に、外乱磁界H10,H11が作用していない基準の� �気抵抗値から、例えば共に電気抵抗値が低� �する。

 なお図3に示す外乱磁界H10,H11の方向は説� �のために便宜上定めたものであり、前記外� �磁界Hの方向は規制されない。前記界面Sと平 行な面方向から外乱磁界が作用した場合、直 列直接される磁気抵抗効果素子の電気抵抗変 化の増減傾向は共に同じ傾向になる。また図 6では、第1の磁気抵抗効果素子24a及び第2の磁 気抵抗効果素子24cの電気抵抗値は外乱磁界H10 ,H11を受けることで共に低下したが、上昇し� �もよい。例えば外乱磁界H10の逆方向から外� �磁界が作用すると、前記第1の磁気抵抗効果� ��子24a及び第2の磁気抵抗効果素子24cの電気抵 抗値は共に上昇する。

 図7には、前記永久磁石21からの外部磁界( センシング磁界)H以外の外乱磁界Hが前記磁気 抵抗効果素子24a~24hに作用したとき、直列接� �される磁気抵抗効果素子どうしの抵抗変化� �増減傾向が同傾向とならない固定磁性層31の 磁化方向31aとフリー磁性層33の磁化方向33aと� ��位置関係が示されている。

 図7(a)では、外乱磁界Hが作用していない� �き、直列接続される一方の磁気抵抗効果素� �のフリー磁性層33の磁化方向33aが前記固定磁 性層31の磁化方向31aと同方向を向いており、� ��方の磁気抵抗効果素子のフリー磁性層33の� �化方向33aが前記固定磁性層31の磁化方向31aと は逆方向を向いている。このとき、前記固定 磁性層31の磁化方向31aと直交する方向から外� ��磁界H10が作用すると、一方の磁気抵抗効果� ��子の電気抵抗値は上昇し、他方の磁気抵抗� ��果素子の電気抵抗値は低下する。また図7(b) に示すように、前記固定磁性層31の磁化方向3 1aと同方向に外乱磁界H11が作用すると、一方� ��磁気抵抗効果素子の電気抵抗は変化せず、� ��方の磁気抵抗効果素子の電気抵抗値は低下� ��る。

 また図7(c)では、外乱磁界Hが作用してい� �いとき、直列接続される磁気抵抗効果素子� �うしのフリー磁性層33の磁化方向33aが互いに 反平行であって前記固定磁性層31の磁化方向3 1aと直交方向を向いている。このとき、前記� ��定磁性層31の磁化方向31aと直交する方向か� �外乱磁界H10が作用すると、一方の磁気抵抗� �果素子の電気抵抗値は変化せず、他方の磁� �抵抗効果素子の電気抵抗値は低下する。

 しかしながら、図7で説明したフリー磁性 層33と固定磁性層31との2態様の磁化関係は、� ��ンサ部22の相対移動範囲において、わずかλ /2おきの瞬間的に過ぎ去る移動点で形成され� ��に過ぎない。すなわちセンサ部22の相対移� �範囲の大部分では、従来と違って、図6で説� ��したように、外乱磁界Hが作用したとき、直 列接続される磁気抵抗効果素子どうしの電気 抵抗値の増減傾向は同傾向になる。

 よって本実施形態では、外乱磁界Hが作用 しないときの出力波形に対し、外乱磁界Hが� �用したときの出力波形の変動を従来よりも� �果的に抑制できる。

 以上により本実施形態によれば、従来に� ��べて出力波形の安定化を図ることができ、� ��出精度を向上させることが可能になる。

 本実施形態では、図5に示すA相のブリッ� �回路を構成する第1の磁気抵抗効果素子24a、� ��2の磁気抵抗効果素子24c、第4の磁気抵抗効� �素子24e及び第3の磁気抵抗効果素子24gは、夫� ��、前記センサ部22あるいは永久磁石21の移動 により、電気抵抗値が変化し、第1の出力端� �59からは、例えば略正弦波の出力波形が得ら れる。

 一方、B相のブリッジ回路を構成する第5� �磁気抵抗効果素子24b、第6の磁気抵抗効果素� ��24d、第8の磁気抵抗効果素子24f及び第7の磁� �抵抗効果素子24hも、夫々、前記センサ部22あ るいは永久磁石21の移動により、電気抵抗値� ��変化し、第2の出力端子61からは例えば、略� ��弦波の出力波形が得られる。

 前記第1の出力端子59から出力される出力� ��形と、前記第2の出力端子61から出力される� ��力波形は位相がずれている。出力により、� ��記センサ部22あるいは永久磁石21の移動速度 や移動距離を検出できる。またA相とB相のブ� ��ッジ回路を設けて出力を2系統にすることで 、前記第1の出力端子59からの出力波形に対す る前記第2の出力端子61からの出力波形の位相 のずれ方向がどちら方向であるかにより、移 動方向を知ることが可能である。

 本実施形態では図2に示すように、A相の� �リッジ回路にて直列接続される第1の磁気抵� ��効果素子31aと第2の磁気抵抗効果素子31c、及 び第3の磁気抵抗効果素子24gと第4の磁気抵抗� ��果素子24eを夫々、λだけ中心間距離離して� �置し、さらに、第1の磁気抵抗効果素子24aと� ��4の磁気抵抗効果素子24e、及び第2の磁気抵� �効果素子24c及び第3の磁気抵抗効果素子24gと� ��、相対移動方向(図示X1方向)に対して直交す る方向(図示Z1-Z2方向)に配列している。B相はA 相とλ/2だけずれているだけで、B相の各磁気� ��抗効果素子の配置は、A相と同様である。こ れにより、出力を倍にできるブリッジ回路を 適切に形成でき、検出精度を向上させること が可能である。

 このように本実施形態では、ブリッジ回� ��を構成するが、かかる場合、外乱磁界が作� ��した状態で差動増幅すると出力の変動分が� ��幅されてしまう。しかしながら、ブリッジ� ��路を構成しても、本実施形態によれば、相� ��移動範囲の大部分が図6で説明した状態であ り、相対移動範囲の全体を通して、最大で10~ 20Oe程度の外乱磁界が作用したときに生じる� �力変動は非常に小さい。よって、差動増幅� �して出力幅を大きくすることが検出精度の� �上には得策である。

 本実施形態の磁気エンコーダ20は、図1に� ��すようにセンサ部22が永久磁石21に対して直 線的に相対移動するものであったが、図9に� �すように、例えば表面80aにN極とS極とが交互 に着磁された回転ドラム80と前記センサ部22� �を有し、前記回転ドラム80の回転によって得 られた出力により、回転速度や回転数、回転 方向を検知できる回転型の磁気エンコーダで あってもよい。

 図9の拡大図に示すように、図1に示す直� �移動の磁気エンコーダと同様に、N極とS極の 中心間距離(ピッチ)をλとしたとき、直列接� �される各磁気抵抗効果素子40,41どうしの中心 間距離はλに制御されている。図9には、直列 接続される2つの磁気抵抗効果素子40,41のみが 図示されている。

 各磁気抵抗効果素子40,41の積層構造の各� �の界面は、センサ部22と回転ドラム80間の最� ��距離方向(間隔T1方向)、及び、前記センサ部 22の基板23の表面23a中心を、前記センサ部22の 相対回転方向上の接点としたときの接線方向 からなる面と平行に向いている。

 図9に示すように、磁気抵抗効果素子40,41� ��固定磁性層31の磁化方向(PIN方向)は、前記接 線方向と直交する方向に固定されている。

 これにより無磁場状態が作られず、また� ��乱磁界が作用したときに、直列接続された� ��気抵抗効果素子の電気抵抗変化の増減傾向� ��同傾向に出来る。よって従来に比べて再生� ��形の安定化を図ることができ、検出精度を� ��上させることが出来る。

 なお、図7に示すように本実施形態では、 A相とB相のブリッジ回路が設けられているが� ��どちらか一方だけ設けられる形態でもよい� ��